E-factor
De E-factor is een maat die aangeeft hoeveel afval er bij een productieproces gevormd wordt. Hoe hoger de E-factor, hoe meer afval er ontstaat. Het afval is hier gedefinieerd als alles behalve het daadwerkelijk geproduceerde gewenst product.
Stappenplan berekenen E-factor
Stap 1. Stel de reactievergelijking op.
Stap 2. Bereken, indien niet gegeven, het rendement van de reactie.
Stap 3. Bereken de molecuulmassa van de beginstoffen.
Stap 4. Bereken de totale massa van de beginstoffen uit door de molecuulmassa’s te vermenigvuldigen met de bijbehorende coëfficiënten in de reactievergelijking.
Stap 5. Bereken de molecuulmassa van het gewenste product.
Stap 6. Vermenigvuldig de molecuulmassa van het gewenste product met de bijbehorende coëfficiënt in de reactievergelijking en met de decimale waarde van het rendement. Dit is de molmassa van de werkelijke opbrengst.
Stap 7. Vul de berekende waarden uit stap 4 en 6 in de formule van de E-factor (BINAS 37 H):
\(\mathrm{E-factor=\frac{massa\ beginstoffen \ – \ massa \ werkelijke\ opbrengst}{massa\ werkelijke\ opbrengst}}\)
Opgave 1
Op industriële schaal wordt chloor gemaakt met natriumchloride en water:
\(\mathrm{2 \ NaCl + 2 \ H_2 O \rightarrow 2 \ NaOH + Cl_2 + H_2}\)
Het rendement van dit proces is \(93,2\%\).
Bereken de E-factor.
Antwoord
\(\mathrm{E-factor}=1,31\)
Opgave 2
De productie van methylbenzeen vindt plaats via de volgende reactievergelijking:
\(\mathrm{C_6H_6+CH_3Cl\rightarrow C_6H_5CH_3+HCl}\)
Het rendement van deze productie is \(84\%\).
Bereken de E-factor.
Uitwerking
\(\mathrm{C_6H_6 + CH_3Cl \rightarrow C_6H_5CH_3 + HCl}\)
Het rendement is \(84 \%\).
Molecuulmassa \(\mathrm{C_6H_6}\): \(6 \cdot 12,01 + 6 \cdot 1,008 = 78,108 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{CH_3Cl}\): \(1 \cdot 12,01 + 3 \cdot 1,008 + 1 \cdot 35,45 = 50,484 \ \mathrm{u}\)
Massa beginstoffen: \(1 \cdot 78,108 + 1 \cdot 50,484 = 128,592 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{C_6H_5CH_3}\): \(7 \cdot 12,01 + 8 \cdot 1,008 = 92,134 \ \mathrm{u}\)
Massa werkelijke opbrengst: \(1 \cdot 92,134 \cdot 0,84 = 77,3… \ \mathrm{u}\)
\(\mathrm{E-factor}=\frac{128,522 – 77,3…}{77,3…}=0,66\)
Opgave 3
De productie van koper uit chalcopyriet (\(\mathrm{CuFeS_2}\)) vind plaats volgens de reactie:
\(\mathrm{2 \ CuFeS_2 + 5 \ O_2 + 2 \ SiO_2 \rightarrow 2 \ Cu + 4 \ SO_2 + 2 \ FeSiO_3}\)
Het rendement van de reactie is \(66\%\).
Bereken de E-factor.
Uitwerking
\(\mathrm{2 \ CuFeS_2 + 5 \ O_2 + 2 \ SiO_2 \rightarrow 2 \ Cu + 4 \ SO_2 + 2 \ FeSiO_3}\)
Het rendement is \(66\%\)
Molecuulmassa \(\mathrm{CuFeS_2}\): \(183,52 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{O_2}\): \(2 \cdot 16,00 = 32,00 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{SiO_2}\): \(1 \cdot 28,09 + 2 \cdot 16,00 = 60,09 \ \mathrm{u}\)
Massa beginstoffen: \(2 \cdot 183,52 + 5 \cdot 32,00 + 2 \cdot 60,09 = 647,22 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa gewenst product \(\mathrm{Cu}\): \(63,55 \mathrm{u}\)
Massa werkelijke opbrengst: \(2 \cdot 63,55 \cdot 0,66 = 83,886 \ \mathrm{u}\)
\(\mathrm{E-factor}=\frac{647,22 – 83,886}{83,886}\cdot100\%=6,7\)
Opgave 4
Aluminiumbromide wordt bereidt met aluminium en waterstofbromide. Hierbij ontstaat ook waterstof. Het rendement van de reactie is \(73,2\%\).
Bereken de E-factor van de bereiding van aluminiumbromide.
Uitwerking
\(\mathrm{2 \ Al + 6 \ HBr \rightarrow 2 \ AlBr_3 + 3 \ H_2}\)
Het rendement is \(73,2\%\)
Molecuulmassa \(\mathrm{Al}\): \(26,98 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{HBr}\): \(80,912 \ \mathrm{u}\)
Massa beginstoffen: \(2 \cdot 26,98 + 6 \cdot 80,912 = 539,432 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa gewenst product \(\mathrm{AlBr_3}\): \(1 \cdot 26,98 + 3 \cdot 79,90 = 266,68 \ \mathrm{u}\)
Massa werkelijke opbrengst: \(2 \cdot 266,68 \cdot 0,732 = 390,4… \ \mathrm{u}\)
\(\mathrm{E-factor}=\frac{539,432-390,4…}{390,4…}=0,382\)
Opgave 5
Voor de synthese van \(4,00 \ \mathrm{g}\) aspirine (\(\mathrm{C_9H_8O_4}\)) wordt \(3,45 \ \mathrm{g}\) salicylzuur (\(\mathrm{C_7H_6O_3}\)) en een overmaat azijnzuuranhydride (\(\mathrm{C_4H_6O_3}\)) samengevoegd. Hierbij ontstaat ook azijnzuur.
Bereken de E-factor van deze reactie.
Uitwerking
Bereken eerst het rendement van de reactie:
\(\mathrm{C_7H_6O_3 + C_4H_6O_3 \rightarrow C_9H_8O_4 + CH_3COOH}\)
Molaire massa \(\mathrm{C_7H_6O_3}\): \(7 \cdot 12,01 + 6 \cdot 1,008+ 3 \cdot 16,00 = 138,118 \ \mathrm{u}\)
Molaire massa \(\mathrm{C_4H_6O_3}\): \(4 \cdot 12,01 + 6 \cdot 1,008 + 3 \cdot 16,00 = 102,088 \ \mathrm{u}\)
Mol \(\mathrm{C_7H_6O_3}\): \(\frac{3,45}{138,118} = 0,024… \ \mathrm{mol}\)
Molverhouding \(\mathrm{beginstof : product = C_7H_6O_3 : C_9H_8O_4}=1:1\),
dus \(0,024… \ \mathrm{mol \ C_9H_6O_4}\)
Molaire massa \(\mathrm{C_9H_8O_4}\): \(9 \cdot 12,01 + 8 \cdot 1,008 + 4 \cdot 16,00 = 180,154 \ \mathrm{u}\)
Massa theoretische opbrengst: \(180,154 \cdot 0,02497864145 = 4,50… \mathrm{g \ C_9H_8O_4}\)
\(\mathrm{rendement}=\frac{4,00}{4,50…}\cdot100\%=88,8…\%\)
Bereken nu de E-factor:
Massa beginstoffen: \(1 \cdot 138,118 + 1 \cdot 102,088 = 240,206 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{C_9H_8O_4}\): \(180,154 \ \mathrm{u}\)
Massa werkelijke opbrengst: \(1 \cdot 180,154 \cdot 0,888… = 160,1… \ \mathrm{u}\)
\(\mathrm{E-factor}=\frac{240,206-160,1…}{160,156906}=0,500\)